1. 실리콘 카바이드 소개

실리콘 카바이드는 실리콘과 탄소의 합성 화합물로 첨단 제조 분야에서 혁신적인 소재로 부상했습니다. 1891년 에드워드 애치슨이 처음 합성한 실리콘 카바이드는 뛰어난 열적, 전기적, 기계적 특성을 결합하여 전력 전자에서 항공우주에 이르기까지 고성능 응용 분야에 없어서는 안 될 소재입니다.

2. 실리콘 카바이드의 주요 특성

2.1 구조 및 물리적 특성

‌결정 구조‌: 250개 이상의 폴리타입(예: 3C-실리콘 카바이드, 4H-실리콘 카바이드, 6H-실리콘 카바이드)으로 존재하며, 4H-SiC가 반도체 응용 분야에서 지배적입니다.

경도: 모스 경도 9.5로 다이아몬드에 이어 두 번째입니다.

열전도도‌: 120-200 W/m·K, 방열 면에서 구리보다 성능이 우수함.

‌용융점‌: ~2,700°C, 극한 환경에 적합함.

2.2 전기적 특성

‌넓은 밴드갭‌: 실리콘의 경우 1.12eV에 비해 3.26eV(4H-실리콘 카바이드)로 고전압 및 고온 작동이 가능합니다.

‌파괴 전계‌: 실리콘보다 10배 높아 에너지 손실이 줄어듭니다.

2.3 화학적 안정성

최대 1,600°C까지 산화, 산, 알칼리에 강합니다.

3. 산업 전반에 걸친 실리콘 카바이드의 응용

‌산업‌‌ 사용 사례‌‌：

반도체‌ 전력소자(모스펫, 쇼트키 다이오드), 5G/RF 부품 

자동차 전기 자동차 인버터: 온보드 충전기(예: 테슬라 모델 3 실리콘 카바이드 트랙션 인버터) 

‌에너지‌ 태양광 인버터: 풍력 터빈 컨버터, 원자로 센서 

‌항공우주‌ 위성 구성 요소: 제트 엔진 열 코팅 

‌산업용‌ 절단 도구:연마재, 내화 라이닝 

4. 처리 기술 및 과제

4.1 주요 제조 단계

‌결정 성장‌: 대량 결정을 위한 승화(영어:).

에피택셜 층을 위한 화학증착증착.

‌웨이퍼 가공‌: 다이아몬드 와이어 슬라이싱, 화학-기계적 연마.

‌장치 제작‌: 이온 이식, 건식 에칭.

4.2 기술적 장벽

‌웨이퍼 보우‌: 150mm 웨이퍼에는 <50μm 곡률이 필요합니다.

수율: 200mm 실리콘 카바이드 에피택셜 층의 경우 ~60%(2025년 1분기 업계 평균).

5. 실리콘 카바이드 기술의 미래 동향 (2025-2030 전망)

‌8인치 웨이퍼 도입‌: 2028년까지 장치 비용이 35% 절감될 것으로 예상됨.

‌양자 응용‌: 실온 양자 컴퓨팅을 위한 실리콘 카바이드 공석.

‌글로벌 생산 능력 확대‌: 중국의 실리콘 카바이드 생산은 2027년까지 시장 점유율 40%에 도달할 것으로 예상됩니다.

6. 결론

실리콘 카바이드의 고유한 특성은 지속 가능한 기술의 초석 소재로 자리매김합니다. 고순도와 기존 SiC의 차이점과 전력 전자 장치와 산업 시스템에서의 각각의 역할을 이해하는 것은 설계 및 제조 전략을 최적화하는 데 중요합니다. 산업이 8인치 웨이퍼와 새로운 응용 분야로 발전함에 따라 지속적인 학습과 공정 혁신이 필수적입니다.